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1、 毕 业 设 计 (论 文)专 业 机械设计制造及其自动化 班 级 08机械（4）班 学生姓名 学 号 课 题 汽车零件弯臂工艺及装备设计 （钻端部中心孔） 指导教师 2011 年 4 月 20 日摘要汽车弯臂零件在整车中承担支撑、转向的功能，属于汽车重要零部件，作为汽车上重要零部件之一，弯臂零件的加工精度要求高。弯臂零件作为汽车转向系统中重要组成部分之一，也是汽车上承受较大的保安件，要求具有较高的强度和抗疲劳寿命。本文首先分析了零件的作用以及零件图的技术要求；零件主要加工面的尺寸，形状，表面粗糙度以及设计基准等；零件的材质，热处理及机械加工的工艺性；然后是零件的工艺规程设计，制作过程卡和工序
2、卡，最后是专用夹具设计。通过本次汽车弯臂零件的设计，能够综合运用机械加工各方面的基本理论知识与技能，提高了分析解决问题的能力，提高了工程图纸的绘制能力，尤其是计算机绘图的能力，巩固加强了所学的基础理论和专业知识。关键词：汽车 转向系统 弯臂零件 加工工艺 夹具设计AbstractBent arm parts in the vehicle for support, and turned to the function, belongs to the auto parts important, as one of the important parts in the car, bent arm p
3、arts processing accuracy is high.Bent arm parts as automobile steering system is an important part of is one of the car under high security parts, requirements with high strength and resist fatigue life. This paper first analyzes the role of parts and components technical requirements of the graph;
4、Parts of the main processing size, shape, surface roughness and design standards, etc.; Parts of the material, heat treatment, and the technology of mechanical processing; Then is part process planning, production process card and process card, and finally special jig design. Through this bent arm p
5、arts design, can comprehensive use of mechanical processing various aspects of the basic theoretical knowledge and skills, and improve the analysis the ability to solve problems, and improve the ability of engineering drawing is drawn, especially computer drawing ability, strengthen the basic theory
6、 and knowledge of professional knowledge. Keywords: car Steering system bent arm parts Processing technology Fixture design 一、 绪论1.1、汽车转向系统发展趋势汽车自上个世纪末诞生以来，已经走过了风风雨雨的一百多年。从卡尔.本茨造出的第一辆三轮汽车以每小时18公里的速度，跑到现在，竟然诞生了从速度为零到加速到100公里/小时只需要三秒钟多一点的超级跑车。这一百年，汽车发展的速度相当惊人。转向系统是整车系统中必不可少的最基本的组成部分，它既支撑车体重量，又传递转向力矩并承
7、受前轮刹车制动力矩，因此对其机械性能和形状要求非常严格，制造难度大。一百多年来，汽车转向系统也随着汽车工业的发展历经了长时间的演变，研究汽车转向系统已成为汽车研究的必不可少的部分。现代汽车转向装置的发展趋势 循环球式转向器和齿轮齿条式转向器，已成为当今世界汽车上主要的两种转向器；而蜗轮蜗杆式转向器和蜗杆肖式转向器，正在逐步被淘汰或保留较小的地位。 循环球式转向器的特点是：效率高，操纵轻便，有一条平滑的操纵力特性曲线。 布置方便。特别适合大、中型车辆和动力转向系统配合使用；易于传递驾驶员操纵信号；逆效率高、回位好，与液压助力装置的动作配合得好。 可以实现变速比的特性，满足了操纵轻便性的要求。变速
8、比结构具有较高的刚度，特别适宜高速车辆车速的提高。高速车辆需要在高速时有较好的转向稳定性，必须保证转向器具有较高的刚度。1.2、课题任务和设计要求1. 提交一份开题报告约3000字以上2. 设计零件机械加工工艺规程：完成机械加工工艺过程卡和机械加工工序卡。3. 设计零件机械加工工艺装备完成以下工作量（1）专用夹具设计：绘制夹具装配图A1图纸1张按1:1比例绘图（2）专用夹具零件工作图设计（绘制10张零件工作图按1:1比例绘图）（3）机床、刀具、量具、辅具的选择计算4. 完成查阅零件机加工工艺文献资料10篇以上5. 编写毕业设计计算说明书一份2万字以上。，其内容包括该零件的分析，工艺方案的选定与
9、比较，机床与切削用量的选取，时间定额的计算，夹具的定位分析与定位误差的计算，夹紧力的估算等。注：装配图计算机绘图、所有零件图手工绘图、设计说明书、外文翻译、开题报告一律用计算机打印。二、零件的分析2.1、零件的作用 汽车转向器是汽车的重要组成部分，也是决定汽车主动安全性的关键总成，它的质量严重影响汽车的操纵稳定性。本课题弯臂零件作为汽车转向系统的主要零件之一，它既支撑车体重量，又传递转向力矩并承受前轮刹车制动力矩，因此对其机械性能和形状要求非常严格，制造难度大。2.2、零件的工艺分析1、零件结构分析：图l所示为某汽车弯臂的零件图，其年产量9200件，为大量生产。该转向臂截面形状由圆形和矩形组成
10、，圆形的最大直径为45mm，最小直径为24mm在弯曲区的矩形截面由38mmx20mm渐变到35mmx20mm。该零件有三组加工表面，他们之间有一定的位置要求。现分述如下：1.以22mm孔的中心线加工表面。这一组加工表面包括：铣40mm双侧端面、钻22mm斜度1：8的锥孔、倒角1x、钻6.6mm的通孔。2.以45mm轴的中心线加工表面。这一组加工表面包括：车M24x1.5的外螺纹、倒角3x、车斜度1：8锥面。概括：为防止钻6.6mm的通孔时破坏M24x1.5的外螺纹，所以对于这两组加工表面而言，先加工第一组，在加工第二组。由参考文献中有关面和孔加工精度及机床所能达到的位置精度可知，上述技术要求是
11、可以达到的，零件的结构工艺性也是可行的。图12、零件的技术要求分析：由零件图分析知，选择材料为45号钢，该材料具有它价格便宜经过调质后，可得到较好的切削性能，而且能获得较高的强度和韧性等综合机械性能。零件硬度需要达到HB262-302，45号钢的机械性能很好，但是这是一种中碳钢，淬火性能并不好，所以如果需要表面硬度，又希望发挥45号钢优越的机械性能，常将45号钢表面淬火(高频淬火或者直接淬火)，这样就能得到需要的表面硬度。最后需要进行探伤检查，非加工表面涂防锈漆。2.3、零件的生产类型的确定与生产纲领的计算：1、生产类型的确定：由题可知，零件的生产类型为大量生产。2、生产纲领的计算：生产纲领时
12、企业根据市场需求和自身的生产能力决定生产计划。在计划期内应当生产的产品产量和进度计划成为生产纲领。计划期一般为一年，所以生产纲领一般就是年产量。零件的生产纲领应计入废品和备品的数量，常按下式计算：N=Qn（1+）式中 N零件的年产量，单位为件/年 Q产品的年产量，单位为台/年 n每台产品中，该零件的数量，单位为件/台 备品率 废品率结合生产实际：零件的备品率和废品率和分别取5和1，代入公式计算得：N=9400x1x（1+5+1）=9964件/年生产纲领的大小决定了产品的生产类型，而各种生产类型下又有不同的工艺特征，制订工艺规程必须符合其相应的工艺特征。因此，生产纲领是制订和修改工艺规程的重要依
13、据。三、工艺规程的设计3.1、确定毛坯的制造方式：零件为45钢，考虑到汽车在行驶过程中要经常改变行驶方向，零件在工作过程中经常承受载荷，因此应该选择锻件，以使金属纤维尽量不被切断，保证工作可靠。由于零件产量为大批量生产，而且零件的轮廓尺寸不大，故可采用模锻成型，从而提高生产率，保证加工精度。3.2、基准的选择：对于一般的轴类零件而言，以外圆作为粗基准是完全合理的。按照有关粗基准的选择原则，当零件有不加工表面时，应以这些不加工表面做粗基准，若零件有若干个不加工表面时，则应以与加工表面要求相对位置精度高的不加工表面作为基准。3.2.1 粗基准的选择为保证工件重要表面的余量均匀，应选重要表面为粗基准
14、。现选取两个外圆表面作为粗基准，利用一组共两个V形块支承这两个外轮廓作主要定位面，以消除x x y y四个自由度，夹持在外圆柱面上，用以消除z z两个自由度，达到完全定位。以38mm和M24mm两个外圆轴为粗基准3.2.2 精基准的选择精基准的选择主要考虑基准重合的问题。选择加工表面的设计基准为定位基准，称为基准重合的原则。采用基准重合原则可以避免由定位基准与设计基准不重合引起的基准不重合误差，零件的尺寸精度和位置精度能可靠的得以保证。因此，有两个精基准分别是车外圆是两端中心孔为基准以及打孔是以圆锥面为基准。3.3、制定工艺路线制定工艺路线的出发点，应当是使零件的集合形状、尺寸精度及位置精度等
15、技术要求能得到合理的保证，在生产纲领已确定为大批量生产的情况下，可以考虑采用万能性机床配以专用夹具，并尽量使工序集中起来提高生产率。除此之外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。工艺路线的选择 （1）方案一：工序1：锻坯、调质HB262-302工序2：铣两端面工序3：钻2中心孔工序4：倒角3x，粗车24mm圆柱面，倒角3x，粗车斜度1：8锥面工序5：精车24mm圆柱面，精车斜度1：8锥面工序6：粗铣槽工序7：精铣槽工序8：铣40mm两端面工序9：钻扩铰22mm孔，倒角1x45工序10：探伤检查工序11：去刺，清洗工序12：终检 (2)方案二：工序1：锻坯、调质HB262-302工序2：
16、铣两端面工序3：钻2中心孔工序4：铣40mm两端面工序5：钻扩铰22mm孔，倒角1x45工序6：倒角3x，粗车外圆24mm，倒角3x，粗车斜度1：8锥面工序7：精车24mm圆柱面，精车斜度1：8锥面工序8：粗铣槽工序9：精铣槽工序10：探伤检查工序11：去刺，清洗工序12：终检在方案二中，存在以下问题：因该工艺方法是采用先钻22mm锥孔后车外圆24mm、外圆45mm，而外圆的位置尺寸为关键尺寸，精度不易保证；在方案一中，在主销孔部位对刀具采用上下定位装夹方式，在此工艺中，关键之处在于采用三工位动力头分别装夹钻头、扩刀及铰刀完成钻扩钻铰四个加工过程。该工艺具有如下特点: 一是设备采用了专用设备，
17、在强度及刚度方面得到了保证，且效率得到提高。二是将各类刀具有机地结合在一起，形成了较好的切削组合。既提高了效率又保证了质量。三是工装设计简单合理。首先普遍使用钻头钻孔，再利用扩刀半精加工，最后用铰刀进行孔的精加工，既提高了效率又保证了质量。工装设计简单合理，采用上下定位以确保刀具在加工过程中不发生偏移，以精度较高的主销孔定位确保定位基准的可靠性，以利刀具加工。所以二者比较方案一更好。3.4 加工余量的确定 弯臂零件材料为45号钢，硬度为HB262-302.生产类型为大批量生产，模锻成形。（1） 两端面：表面粗糙度为Ra12.5um，只需粗加工即可。查实用机械加工工艺手册表3-37，得Z毛坯=4
18、.0mm查表得：粗铣经济精度IT12：T粗铣=0.35mm计算毛坯尺寸=242+4+4=250mm查机械制造工艺设计简明手册表3.1-27得：粗铣=3-8mm，所以一次粗铣即可。粗铣后尺寸等于工件尺寸242mm。结果如下图图3-1（2） 24mm外圆面：表面粗糙度为Ra12.5um。只需粗加工即可。查实用机械加工工艺手册表3-37，得Z毛坯=4.0mm查表得：粗车经济精度IT12：T粗车=0.40mm计算毛坯尺寸=24+4+4=32mm查机械制造工艺设计简明手册表3.1-27得：粗车=3-8mm，所以一次粗车即可。粗车后尺寸等于工件尺寸24mm。结果如下图图3-2（3） 46mm外圆面：表面粗
19、糙度为Ra6.3um。需粗车-半精车。查实用机械加工工艺手册表3-37，得Z毛坯=4.0mm Z半精车=1.0mm查表得：半精车经济精度IT10：T半精车=0.25mm计算毛坯尺寸=46+4+4+1+1=56mm，结果如下图图3-3（4） 36圆锥面：表面粗糙度为Ra3.2um，需粗车-半精车。查实用机械加工工艺手册表3-37，得Z毛坯=4.0mm Z半精车=1.0mm查表得：半精车经济精度IT10：T半精车=0.25mm计算毛坯尺寸：25.6+4+4+1+1=35.6mm 37.4+4+4+1+1=47.4mm结果如下图图3-4（5） 车螺纹（6） 铣46mm圆两端面：表面粗糙度为Ra6.3
20、um，需粗铣-半精铣。查实用机械加工工艺手册表3-37，得Z毛坯=4.0mm Z半精铣=1.0mm查表得：半精铣经济精度IT10：T半精铣=0.25mm计算毛坯尺寸+30.5+4+4+1+1=40.5mm. 结果如下图图3-63.5毛坯尺寸 由上述计算可得毛坯尺寸图如下： 图3-73.6确定切削用量及基本工时 （1）工序2：铣零件两端面，表面粗糙度为Ra12.5um，粗铣即可。采用XK6140数控卧式万能铣床加工，参考机床说明书，机床功率P=10kw，=0.08mm/齿，切削速度v=27m/min。 采用高速钢镶齿三面刃铣刀，=225，z=20 则 根据机床适用说明书（工艺手册表4.2-36）
21、，取=37.5r/min 故实际切削速度 当=37.5r/min时，工作台的每分钟进给量 =0.082037.5=60（mm/min） 根据机床使用说明书，正好有=60mm/min，直接选用该值。 利用作图法，可得出铣刀的行程=24+24=48mm 所以机动工时为 （2）工序3：粗车24mm、27mm、37.4mm、46mm外圆面采用CA620数控车床加工，刀具型号为CM20。=4mm，f=0.5mm/r（切削手册表1.6，刀尖圆弧半径=1.0mm） 切削速度=145mm/min 其中=242，m=0.2，T=60，=0.15，=0.35，=1.44，=0.81 =129（m/min） 按机床
22、说明书取n=1500r/min 则切削工时= 按机床说明书取n=1500r/min 则切削工时= 按机床说明书取n=960r/min 则切削工时= 按机床说明书取n=960r/min 则切削工时=（3）工序4：半精车36mm圆锥面、46mm外圆面采用CA620数控车床进行加工，刀具型号为YW2。 =1mm，f=0.5mm/r（切削手册表1.6，刀尖圆弧半径=1.0mm） 切削速度 其中=242，m=0.2，T=60，=0.15，=0.35，=1.44，=0.81 =159（m/min） 按机床说明书取n=1440r/min 则切削工时= 按机床说明书取n=1100r/min 则切削工时=（4）
23、工序5：车M271.5-6g螺纹 现采用CA620数控车床加工，刀具型号为SER2525M16。 根据切削用量手册（艾兴、肖诗纲编.机械工业出版社.1985）表21，刀具寿命T=60min，采用高车速钢螺纹车刀，规定粗车螺纹时，=0.17，走刀次数i=4；精车螺纹时，=0.08，走刀次数i=2。 切削速度 其中=11.8，m=0.11，T=60，=0.70，=0.3，=1.11，=0.75，螺距=1 所以粗车螺纹时 精车螺纹时 粗车螺纹时主轴速度 按机床说明书取n=268r/min 实际切削速度22.7m/min精车螺纹时主轴速度 按机床说明书取n=480r/min 实际切削速度40.7m/m
24、in 取切入长度3mm 粗车螺纹工时 精车螺纹工时 （5）工序10：钻扩铰22mm圆锥孔，保证尺寸13.50.3钻孔15mm。根据金属切削简明手册表2.7，当钢的b小于800MPa，d0=14mm时，f=0.250.31（mm/r）根据摇臂钻床Z3025Bx10说明书，现取f=0.25mm/r。切削速度：根据金属切削简明手册表2.13及表2.14，查得切削速度=19（m/min）所以 =403（r/min）根据机床说明书，=400r/min，故切削速度为=18.84（m/min）切削工时：l=30.5mm，l1=9mm，l2=3mm=0.425（min）扩钻15.9mm孔。利用15.9专用钻头
25、对15mm的孔进行扩钻。根据金属切削简明手册表2.10得，f=0.60.7（mm/r）查机床说明书，取f=0.63mm/r机床主轴转速：取n=125r/min，其切削速度= 6.24m/min切削工时：=0.463（min）铰16mm孔。根据金属切削简明手册表2.11，当钢的b小于900MPa，d=22mm时，f=0.851.8mm/r根据机床说明书，现取f=1.00mm/r。机床主轴转速：取n=250r/min，其切削速度=17.27m/min切削工时：=0.146(min)（6）工序12：铣圆锥孔两端面，保证尺寸30.50.15。表面粗糙度为Ra6.3um，需粗铣-半精铣-平磨。采用XK6
26、140数控卧式万能铣床加工。粗铣：参考机床说明书，机床功率P=10kw，=0.08mm/齿，切削速度v=27m/min。 采用高速钢镶齿三面刃铣刀，=225，z=20 则 根据机床适用说明书（工艺手册表4.2-36），取=37.5r/min 故实际切削速度 当=37.5r/min时，工作台的每分钟进给量 =0.082037.5=60（mm/min） 根据机床使用说明书，正好有=60mm/min，直接选用该值。 利用作图法，可得出铣刀的行程=40.4+46.0+37.9=124.3mm 由于加工面需粗铣-半精铣，所以机动工时为 半精铣：参考机床说明书，机床功率P=10kw，=0.08mm/齿，切削速度v=15m/min。 采用高速钢镶齿三面刃铣刀，=225，z=20 则 根据机床适用说明书（工艺手册表4.2-36），取=20r/min 故实际切削速度 当=20r/min时，工作台的每分钟进给量 =0.082020=32（mm/min） 根据机床使用说明书，取=30mm/min。 利用作图法，可得出铣刀的行程=40.4+46.0+37.9=124.3mm 由于加工面需粗铣-半精铣，所以机动工时为 （7）倒角245、铣24mm扁方、5.6mm槽、锪6.8通孔。 为了缩短辅助时间，对上述加工过程采用手动操作，加工工时课忽略不计。24